JP6973252B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関し、詳しくは、上アーム，下アームスイッチング素子を有する半導体装置と、電源と、制御装置と、を備える電力変換装置に関する。

従来、この種の電力変換装置としては、半導体装置（ＩＧＢＴチップ）と、制御装置と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。半導体装置は、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）を備えている。制御装置は、スイッチング素子を制御する。この装置では、制御装置は、スイッチング素子の駆動電圧（ゲート電圧）を低下させてスイッチング素子を一定期間通電させながら半導体装置の温度を測定させて、半導体装置の特性の変化を検出している。

特開２０１６−１６３５１２号公報

ところで、電力変換装置として、互いに直列に接続された上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を有する半導体装置を備えるものがある。こうした装置において、一般に、上アーム，下アームスイッチング素子の両方をハーフオン状態として上アーム，下アームスイッチング素子に比較的大きな電流が流れることを抑制しながら、半導体装置の熱抵抗を測定することが行なわれている。しかしながら、上アーム，下アームスイッチング素子の駆動電圧が安定しないことがあるため、上アーム，下アームスイッチング素子に意図しない大きな電流が流れることがある。こした大きな電流は、半導体装置の保護の観点から望ましくはないため、抑制されることが望まれている。

本発明の電力変換装置は、上アーム，下アームスイッチング素子に意図しない大きな電流が流れることを抑制することを主目的とする。

本発明の電力変換装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の電力変換装置は、
互いに直列に接続された上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を有する半導体装置と、
前記半導体装置へ電力を供給する電源と、
前記上アーム，下アームスイッチング素子を制御する制御装置と、
を備える電力変換装置であって、
前記制御装置は、前記上アーム，下アームスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子がハーフオン状態となり他方のスイッチング素子がオフするように上アーム，下アームスイッチング素子を制御している状態で前記一方のスイッチング素子の駆動電圧または駆動電流が所定条件を満たしたときに、前記上アーム，下アームスイッチング素子の両方がハーフオン状態となるように前記上アーム，下アームスイッチング素子を制御して前記半導体装置の熱抵抗を測定する、
ことを要旨とする。

この本発明の電力変換装置では、上アーム，下アームスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子がハーフオン状態となり他方のスイッチング素子がオフするように上アーム，下アームスイッチング素子を制御している状態で一方のスイッチング素子の駆動電圧が所定条件を満たしたときに、上アーム，下アームスイッチング素子の両方がハーフオン状態となるように上アーム，下アームスイッチング素子を制御して半導体装置の熱抵抗を測定する。ここで、「所定条件」は、一方のスイッチング素子の駆動電圧または駆動電流がこの素子がハーフオン状態となる駆動電圧または駆動電圧として予め定めた所定値である条件や、所定時間内に一方のスイッチング素子の駆動電圧または駆動電流がこの素子がハーフオン状態となる駆動電圧または駆動電圧として予め定めた所定値となる条件、１回の前記熱抵抗の測定において、前記一方のスイッチング素子がハーフオン状態となるように前記一方のスイッチング素子を制御した回数が所定回数未満である条件などを挙げることができる。

こうした本発明の電力変換装置において、前記上アーム，下アームスイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、前記制御装置は、前記一方のスイッチング素子の駆動電圧または駆動電流を前記一方のスイッチング素子のゲートとエミッタとの間の電圧としてもよい。また、前記上アーム，下アームスイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、前記制御装置は、前記一方のスイッチング素子の駆動電圧または駆動電流を前記一方のスイッチング素子のゲートとソースとの間の電圧としてもよい。さらに、前記上アーム，下アームスイッチング素子は、バイポーラトランジスタまたはサイリスタであり、前記制御装置は、前記一方のスイッチング素子の駆動電圧または駆動電流を前記一方のスイッチング素子のベース電流としてもよい。

本発明の一実施例としての電力変換装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電子制御ユニット５０により実行される測定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ３６の電圧をトランジスタＴ１４のエミッタとコレクタとの間に印加してトランジスタＴ１４の消費電力が電力Ｐ１となるようにゲート電圧を調整した場合において、温度センサＴ１４ｂにより検出される電圧Ｖｆ１４を説明するための説明図である。 バッテリ３６の電圧をトランジスタＴ１４のエミッタとコレクタとの間に印加してトランジスタＴ１４の消費電力が電力Ｐ１より大きい電力Ｐ２となるようにゲート電圧を調整した場合において、温度センサＴ１４ｂにより検出される電圧Ｖｆ１４を説明するための説明図である。 トランジスタＴ１１，Ｔ１４へのスイッチング制御信号の電圧と、トランジスタＴ１１での損失Ｐｗと、電圧Ｖｆ１１と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電力変換装置を搭載する電気自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車２０は、図示するように、モータ３２と、インバータ３４と、電源としてのバッテリ３６と、スイッチＳＷと、昇圧コンバータ４０と、電子制御ユニット５０と、を備える。電力変換装置としては、インバータ３４と、バッテリ３６と、スイッチＳＷと、昇圧コンバータ４０と、電子制御ユニット５０と、が相当する。

モータ３２は、同期発電電動機として構成されており、永久磁石が埋め込まれた回転子と、三相コイルが巻回された固定子と、を備える。このモータ３２の回転子は、駆動輪２２ａ，２２ｂにデファレンシャルギヤ２４を介して連結された駆動軸２６に接続されている。

インバータ３４は、モータ３２の駆動に用いられる。このインバータ３４は、高電圧側電力ライン４２を介して昇圧コンバータ４０に接続されており、３つの上アームスイッチング素子としてのトランジスタＴ１１〜Ｔ１３と、３つの下アームスイッチング素子としてのトランジスタＴ１４〜Ｔ１６と、６つのトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のそれぞれに並列に接続された６つのダイオードＤ１１〜Ｄ１６と、を有する。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、半導体チップに形成されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、同一のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、それぞれ、高電圧側電力ライン４２の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になるように２個ずつペアで配置されている。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の対となるトランジスタ同士の接続点の各々には、モータ３２の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイル）の各々が接続されている。したがって、インバータ３４に電圧が作用しているときに、電子制御ユニット５０によって、対となるトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータ３２が回転駆動される。高電圧側電力ライン４２の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ４６が取り付けられている。

バッテリ３６は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低電圧側電力ライン４４とスイッチＳＷとを介して昇圧コンバータ４０に接続されている。低電圧側電力ライン４４の正極側ラインと負極側ラインとには、平滑用のコンデンサ４８が取り付けられている。

スイッチＳＷは、低電圧側電力ライン４４と昇圧コンバータ４０のリアクトルＬとの接続と、低電圧側電力ライン４４と高電圧側電力ライン４２との接続と、を切り替え可能なスイッチとして構成されている。スイッチＳＷは、電子制御ユニット５０により制御されている。

昇圧コンバータ４０は、高電圧側電力ライン４２に接続されると共に、スイッチＳＷを介して低電圧側電力ライン４４とに接続されており、上アームスイッチング素子としてのトランジスタＴ３１と、下アームスイッチング素子としてのトランジスタＴ３２と、２つのトランジスタＴ３１，Ｔ３２のそれぞれに並列に接続された２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１，Ｔ３２は、半導体チップに形成されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）である。トランジスタＴ３１は、高電圧側電力ライン４２の正極側ラインに接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高電圧側電力ライン４２および低電圧側電力ライン４４の負極側ラインと、に接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点に接続されると共に、低電圧側電力ライン４４の正極側ラインにスイッチＳＷを介して接続されている。昇圧コンバータ４０は、電子制御ユニット５０によって、スイッチＳＷが低電圧側電力ライン４４と高電圧側電力ライン４２とを接続するように切り替えられた状態で、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低電圧側電力ライン４４の電力を昇圧して高電圧側電力ライン４２に供給したり、高電圧側電力ライン４２の電力を降圧して低電圧側電力ライン４４に供給したりする。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ５２に加えて、処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４や、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６、入出力ポートを備える。

電子制御ユニット５０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。電子制御ユニット５０に入力される信号としては、例えば、モータ３２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ（例えばレゾルバ）３２ａからの回転位置θｍや、モータ３２の各相の相電流を検出する電流センサ３２ｕ，３２ｖからの相電流Ｉｕ，Ｉｖを挙げることができる。また、バッテリ３６の端子間に取り付けられた電圧センサ３６ａからの電圧Ｖｂや、バッテリ３６の出力端子に取り付けられた電流センサ３６ｂからの電流Ｉｂも挙げることができる。さらに、リアクトルＬに直列に取り付けられた電流センサ４０ａからの電流ＩＬや、コンデンサ４６の端子間に取り付けられた電圧センサ４６ａからのコンデンサ４６（高電圧側電力ライン４２）の電圧ＶＨ、コンデンサ４８の端子間に取り付けられた電圧センサ４８ａからのコンデンサ４８（低電圧側電力ライン４４）の電圧ＶＬも挙げることができる。加えて、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２のゲートとエミッタとの間の電圧（以下、「ゲート電圧」という）を検出する電圧センサＴ１１ａ〜Ｔ１６ａ，Ｔ３１ａ，Ｔ３２ａからの検出電圧Ｖｇ１１〜１６，３１，３２、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２が形成された半導体チップの温度をチップの温度に反比例する電圧として検出する温度センサＴ１１ｂ〜Ｔ１６ｂ，Ｔ３１ｂ，Ｔ３２ｂからの電圧Ｖｆ１１〜Ｖｆ１６，Ｖｆ３１，Ｖｆ３２も挙げることができる。加えて、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号や、シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰも挙げることができる。また、アクセルペダル６３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ６４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル６５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ６６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ６８からの車速Ｖも挙げることができる。電子制御ユニット５０は、回転位置検出センサ３２ａからの回転位置θｍに基づいてモータ３２の回転数Ｎｍを演算したり、電流センサ３６ｂからのバッテリ３６の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３６の蓄電割合ＳＯＣを演算したりしている。ここで、蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ３６の全容量に対するバッテリ３６の蓄電量（放電可能な電力量）の割合である。

電子制御ユニット５０からは、各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。電子制御ユニット５０から出力される信号としては、例えば、インバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６へのスイッチング制御信号や、昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号を挙げることができる。

こうして構成された実施例の電気自動車２０では、電子制御ユニット５０は、以下の走行制御を行なう。走行制御では、スイッチＳＷを低電圧側電力ライン４４とリアクトルＬとが接続されるように切り替えた状態で、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸２６に要求される要求トルクＴｄ＊を設定し、設定した要求トルクＴｄ＊をモータ３２のトルク指令Ｔｍ＊に設定し、モータ３２がトルク指令Ｔｍ＊で駆動されるようにインバータ３４のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６のスイッチング制御を行なう。また、走行制御では、モータ３２をトルク指令Ｔｍ＊で駆動できるように高電圧側電力ライン４２の目標電圧ＶＨ＊を設定し、高電圧側電力ライン４２の電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように昇圧コンバータ４０のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なう。

次に、実施例の電気自動車２０の動作、特に、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２の熱抵抗を測定する際の動作について説明する。図２は、電子制御ユニット５０により実行される測定ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、電気自動車２０の点検時などに実行される。熱抵抗の測定は、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２に対して、高電圧側電力ライン４２の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になる２個ずつ（上アーム，下アームスイッチング素子）のペア（例えば、トランジスタＴ１１とトランジスタＴ１４のペア、トランジスタＴ１２とトランジスタＴ１５のペアなど）毎に行なわれる。図２に例示する測定ルーチンでは、トランジスタＴ１１とトランジスタＴ１４のペアの熱抵抗を測定しているが、同一の処理を、高電圧側電力ライン４２の正極側ラインと負極側ラインとに対してソース側とシンク側になる２個ずつのペア毎のトランジスタに対して適用することで、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２の熱抵抗を測定することができる。

本ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０の図示しないＣＰＵは、スイッチＳＷを低電圧側電力ライン４４と昇圧コンバータ４０のリアクトルＬとが接続されるように切り替える処理を実行する（ステップＳ１００）。

続いて、電子制御ユニット５０は、トランジスタＴ１４へ電圧Ｖｒｅｆ１のスイッチング制御信号を出力し、トランジスタＴ１４のゲート電圧が電圧Ｖｒｅｆ１となるようにトランジスタＴ１４を制御する（ステップＳ１１０）。トランジスタＴ１４へのスイッチング制御信号は、実施例では、電子制御ユニット５０の製造誤差などによって、電圧Ｖｒｅｆ１より大きくなったり、瞬間的に大きく変動することがある。したがって、トランジスタＴ１４のゲート電圧が電圧Ｖｒｅｆ１となるようにトランジスタＴ１４を制御しても、実際のゲート電圧は電圧Ｖｒｅｆ１より大きかったり小さかったりする。なお、ステップＳ１１０から後述するステップＳ１３０の処理を実行しているときには、トランジスタＴ１１へは、トランジスタＴ１１をオフする際の電圧として予め定めた電圧（以下、「オフ電圧」という）のスイッチング制御信号を出力している。

そして、電圧センサＴ１４ａから検出電圧Ｖｄ１４を入力し（ステップＳ１２０）、検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。電圧Ｖｒｅｆ１は、バッテリ３６の電圧をトランジスタＴ１４のエミッタとコレクタとの間に印加したときに、トランジスタＴ１４での消費電力（損失）が所定電力Ｐｗとなるゲート電圧として予め実験や解析などで定めた電圧である。所定電力Ｐｗは、以下の電力として予め実験や解析などで定めた電力である。

図３は、バッテリ３６の電圧をトランジスタＴ１４のエミッタとコレクタとの間に印加してトランジスタＴ１４の消費電力が電力Ｐ１となるようにゲート電圧を調整した場合において、温度センサＴ１４ｂにより検出される電圧Ｖｆ１４を説明するための説明図である。図４は、バッテリ３６の電圧をトランジスタＴ１４のエミッタとコレクタとの間に印加してトランジスタＴ１４の消費電力が電力Ｐ１より大きい電力Ｐ２となるようにゲート電圧を調整した場合において、温度センサＴ１４ｂにより検出される電圧Ｖｆ１４を説明するための説明図である。図３，図４において、二つの棒グラフは、トランジスタＴ１４の使用を開始した直後の初期状態での電圧Ｖｆ１４と、トランジスタＴ１４をある程度の長い期間使用した後の状態（使用後）での電圧Ｖｆ１４と、を示している。図３，図４において、電圧Ｖｆ１４の測定誤差をエラーバーとして示している。

図３，図４に示すように、使用後での電圧Ｖｆ１４は、初期状態での電圧Ｖｆ１４に比して小さくなっている。これは、使用後は、初期状態よりトランジスタＴ１４の劣化が進んでいるため、熱抵抗（単位時間当たりのトランジスタＴ１４の単位消費電力当たりのトランジスタＴ１４の温度上昇量）がより高くなり、トランジスタＴ１４での消費電力が同一であるときには、使用後でのトランジスタＴ１４の温度上昇量は初期状態に比して大きくなる、即ち、使用後でのトランジスタＴ１４の電圧Ｖｆ１４は初期状態に比して低くなるからである。したがって、電圧Ｖｆ１４を調べることで、トランジスタＴ１４の劣化が進んでいるか否かを判定することができると考えられる。しかしながら、電圧Ｖｆ１４の測定誤差を考慮すると、トランジスタＴ１４の消費電力が電力Ｐ１となるようにゲート電圧を調整した場合には、図３に示すように、初期状態と使用後とでエラーバーが重なるため、電圧Ｖｆ１４を調べることでトランジスタＴ１４の劣化が進んでいるか否かを判定することができない。トランジスタＴ１４の劣化が進んでいるか否かを判定するためには、図４に示すように、トランジスタＴ１４の消費電力を、初期状態と使用後とでエラーバーが重ならない程度に高くする必要がある。ところで、トランジスタＴ１４の消費電力を高くすると、トランジスタＴ１４が高温となってしまうことから、消費電力には上限を設ける必要がある。これらを考慮して、所定電力Ｐｗは、初期状態と使用後とで電圧Ｖｆのエラーバーが重ならない程度、即ち、電圧Ｖｆ１４を調べることでトランジスタＴ１４の劣化が進んでいるか否かを判定することができる程度に高く、且つ、トランジスタＴ１４が高温とはならない程度の電力として設定されており、実施例では５００Ｗ，６２５Ｗ，７５０Ｗなどと設定されている。

所定電力Ｐｗを設定すると、バッテリ３６の電圧と所定電力ＰｗとからトランジスタＴ１４に流れる電流Ｉｒｅｆを導出し、トランジスタＴ１４のゲート電圧とコレクタとエミッタとの間の電流（以下、「コレクタ電流」という）との関係から、コレクタ電流が電流Ｉｒｅｆとなるゲート電圧を電圧Ｖｒｅｆ１に設定する。実施例では、電圧Ｖｒｅｆ１は、トランジスタＴ１４がハーフオン状態となっている。「ハーフオン状態」とは、トランジスタのゲート電圧が、閾値電圧を超えており、且つ、トランジスタに十分なコレクタ電流が流れるオン状態であるときのゲート電圧（以下、「オン電圧」という）より低い電圧（例えば、オン電圧が１５Ｖのときには６Ｖなど）である状態、即ち、オン状態とオフ状態との中間の状態である。したがって、ステップＳ１３０は、トランジスタＴ１４が確実にハーフオンの状態となっているか否かを判定する処理となっている。

ステップＳ１３０で検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１でないときには、トランジスタＴ１４へのスイッチング制御信号が電圧Ｖｒｅｆ１に向かって変化していたり何らかの要因で変動していて、トランジスタＴ１４がハーフオンの状態となっていないと判定して、ステップＳ１１０の処理へ戻る。そして、ステップＳ１３０で検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１となるまで、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０の処理を繰り返す。

ステップＳ１３０で検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ１であるときには、トランジスタＴ１１がハーフオンの状態となっていると判定して、続いて、トランジスタＴ１４への電圧Ｖｒｅｆ１のスイッチング制御信号の出力を継続してトランジスタＴ１４をハーフオン状態に維持しながら、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０と同様の処理としてステップＳ１４０〜Ｓ１６０の処理を、トランジスタＴ１４とペアとなっているトランジスタＴ１１へ適用する。

まずは、トランジスタＴ１１へ電圧Ｖｒｅｆ２のスイッチング制御信号を出力する（ステップＳ１１０）。ここで、電圧Ｖｒｅｆ２は、トランジスタＴ１１がハーフオン状態となるゲート電圧であり、実施例では、電圧Ｖｒｅｆ１と同一の電圧としている。

そして、電圧センサＴ１１ａから検出電圧Ｖｄ１１を入力し（ステップＳ１５０）、検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２であるか否かを判定する（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０は、ステップＳ１３０と同様に、トランジスタＴ１１がハーフオン状態であるか否かを判定する処理となっている。

続いて、ステップＳ１６０で検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２でないときには、トランジスタＴ１１へのスイッチング制御信号が電圧Ｖｒｅｆ２に向かって変化していたり何らかの要因で変動していて、トランジスタＴ１１がハーフオンの状態となっていないと判定して、ステップＳ１４０の処理へ戻る。そして、ステップＳ１６０で検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２となるまで、ステップＳ１４０〜Ｓ１６０の処理を繰り返す。

ステップＳ１６０で検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２であるときには、トランジスタＴ１１がハーフオンの状態となっていると判定して、電圧Ｖｆ１１，Ｖｆ１４の測定、即ち、トランジスタＴ１１，Ｔ１４のそれぞれの熱抵抗の測定を実行して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。トランジスタＴ１１，Ｔ１４の熱抵抗の測定は、トランジスタＴ１１，Ｔ１４を所定時間（例えば、０．９ｓｅｃ，１．０ｓｅｃ，１．１ｓｅｃなど）ハーフオンした状態として、この期間における電圧Ｖｆ１１，Ｖｆ１４の変化量を測定し、測定した電圧Ｖｆ１１，Ｖｆ１４の変化量とトランジスタＴ１１，Ｔ１４の消費電力（所定電圧Ｐｗ）とから導出することで行なわれる。

図５は、トランジスタＴ１１，Ｔ１４へのスイッチング制御信号の電圧と、トランジスタＴ１１での損失Ｐｗと、電圧Ｖｆ１１と、の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。図示するように、トランジスタＴ１４へのスイッチング制御信号の電圧を電圧Ｖｒｅｆ１として（時間ｔ１）、トランジスタＴ１４がハーフオン状態となっていると判定したときにトランジスタＴ１１へのスイッチング制御信号の電圧を電圧Ｖｒｅｆ２とする（時間ｔ２）。トランジスタＴ１１へのスイッチング制御信号の電圧を電圧Ｖｒｅｆ２とすると、トランジスタＴ１１，Ｔ１４に電流が流れトランジスタＴ１１，Ｔ１４の温度が上昇する（時間ｔ２〜ｔ３）。そして、トランジスタＴ１４がハーフオン状態となっていると判定したときに（トランジスタＴ１１，Ｔ１４が共にハーフオン状態となっていると判定したときに）、熱抵抗を測定する。このとき、トランジスタＴ１１，Ｔ１４のスイッチング制御信号のうち一方のスイッチング制御信号が大きく変動して、トランジスタＴ１１，Ｔ１４のうち変動したスイッチング制御信号に制御されているほうのトランジスタのコレクタ電流が急激に増加しても、他方のハーフオン状態のトランジスタにより電流が抑制される。これにより、トランジスタＴ１１，Ｔ１４のペアに意図しない大きな電流が流れることを抑制することができ、トランジスタＴ１１，Ｔ１４の保護を図ることができる。

以上説明した実施例の電力変換装置を搭載した電気自動車２０によれば、トランジスタＴ１４がハーフオン状態となりトランジスタＴ１１がオフするようにトランジスタＴ１１，Ｔ１４へスイッチング制御を出力した状態でトランジスタＴ１４の検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１となったときに、トランジスタＴ１１，トランジスタＴ１４がハーフオン状態となるようにトランジスタＴ１１，Ｔ１４へスイッチング制御を出力しながらトランジスタＴ１１，Ｔ１４の熱抵抗を測定することにより、トランジスタＴ１１，Ｔ１４のペアに意図しない大きな電流が流れることを抑制することができる。

実施例の電力変換装置を搭載した電気自動車２０では、トランジスタＴ１４に対してステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を実行した後に、トランジスタＴ１１に対してステップＳ１４０〜Ｓ１６０を実行している。しかしながら、トランジスタＴ１１に対してステップＳ１４０〜Ｓ１６０を実行した後に、トランジスタＴ１４に対してステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を実行してもよい。

実施例の電力変換装置を搭載した電気自動車２０では、トランジスタＴ１４に対してステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を実行した後に、トランジスタＴ１１に対してステップＳ１４０〜Ｓ１６０を実行し、その後、ステップＳ１７０を実行して電圧Ｖｆを測定している。しかしながら、トランジスタＴ１４に対してステップＳ１１０〜ステップＳ１３０を実行することによりトランジスタＴ１４が確実にハーフオン状態となっており、トランジスタＴ１１をオンとしてもトランジスタＴ１４によりトランジスタＴ１１，Ｔ１４に流れる電流が抑制される。したがって、トランジスタＴ１１に対してステップＳ１５０，Ｓ１６０を実行せずに、ステップ１７０を実行して、電圧Ｖｆ１１，Ｖｆ１４を測定してもよい。

実施例の電力変換装置を搭載した電気自動車２０では、ステップＳ１３０，Ｓ１６０で検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１でないときや検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２でないときには、検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１となるまでステップＳ１１０〜Ｓ１３０を繰り返したり、検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２となるまでステップＳ１４０〜Ｓ１６０を繰り返している。しかしながら、ステップＳ１３０で検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１でないときには、検出電圧Ｖｄ１４が電圧Ｖｒｅｆ１でない状態が第１時間経過したり、ステップＳ１１０〜Ｓ１３０を繰り返したときにステップＳ１１０を実行した回数が第１回数を超えたときに、本ルーチンを終了してもよい。また、ステップＳ１６０で検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２でないときには、検出電圧Ｖｄ１１が電圧Ｖｒｅｆ２でない状態が第２時間経過したり、ステップＳ１４０〜Ｓ１６０を繰り返したときにステップＳ１４０を実行した回数が第２回数を超えたときに、本ルーチンを終了してもよい。

実施例の電力変換装置を搭載した電気自動車２０では、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２をＩＧＢＴとしているが、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２をスイッチング素子とすればよいから、ＩＧＢＴに限定したものではなく、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としてもよい。この場合、電圧センサＴ１１ａ〜Ｔ１６ａ，Ｔ３２ａ，Ｔ３２ｂをトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２のゲートとソースとの間の電圧を検出する電圧センサとし、ステップＳ１１０，Ｓ１４０の処理では、ゲートとソースとの間の電圧をゲート電圧とすればよい。また、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２をバイポーラトランジスタまたはサイリスタとしてもよい。この場合、電圧センサＴ１１ａ〜Ｔ１６ａ，Ｔ３２ａ，Ｔ３２ｂに代えてトランジスタＴ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２のベース電流を検出する電流センサをそれぞれのトランジスタに配置し、ステップＳ１１０，Ｓ１４０の処理では、トランジスタＴ１１，Ｔ１４にベース電流を印加し、ステップＳ１２０，Ｓ１５０では電流センサで検出したトランジスタＴ１１，Ｔ１４のベース電流を入力し、ステップＳ１３０，Ｓ１６０では、電流センサで検出したトランジスタＴ１１，Ｔ１４のベース電流とトランジスタＴ１１，Ｔ１４がハーフオン状態のときのベース電流とを比較すればよい。

実施例の電力変換装置を搭載した電気自動車２０では、電源としてバッテリ３６を搭載しているが、バッテリ３６に替えてキャパシタを搭載してもよい。

実施例では、本発明の電力変換装置を、昇圧コンバータ４０と、スイッチＳＷと、コンデンサ４６と、を備えている電気自動車２０に適用する場合について例示している。しかしながら、昇圧コンバータ４０と、スイッチＳＷと、コンデンサ４６と、を備えておらず、バッテリ３６からの電力を昇圧せずにインバータ３４へ供給するタイプの電気自動車に適用しても構わない。

実施例では、本発明の電力変換装置を電気自動車２０に適用する場合について例示している。しかしながら、こうして電気自動車２０に適用するものに限定されず、他の電力の供給を受けて作動する装置に適用しても構わない。

実施例では、電力変換装置は、インバータ３４と、バッテリ３６と、昇圧コンバータ４０と、電子制御ユニット５０と、が相当している。しかしながら、電力変換装置は、こうした構成に限定されてものではなく、互いに直列に接続された上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を有する半導体装置と、半導体装置へ電力を供給する電源と、上アーム，下アームスイッチング素子を制御する制御装置と、を備えていればよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、トランジスタＴ１１とトランジスタＴ１４とが「半導体装置」に相当し、バッテリ３６が「電源」に相当し、電子制御ユニット５０が「制御装置」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、電力変換装置に製造産業などに利用可能である。

２０ 電気自動車、２２ａ，２２ｂ 駆動輪、２４ デファレンシャルギヤ、２６ 駆動軸、３２ モータ、３２ａ 回転位置検出センサ、３２ｕ，３２ｖ 電流センサ、３４ インバータ、３６ バッテリ、３６ａ 電圧センサ、３６ｂ 電流センサ、４０ 昇圧コンバータ、４０ａ 電流センサ、４２ 高電圧側電力ライン、４４ 低電圧側電力ライン、４６，４８ コンデンサ、４６ａ，４８ａ，Ｔ１１ａ〜Ｔ１６ａ，Ｔ３１ａ，Ｔ３２ａ 電圧センサ、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ３１，Ｄ３２ ダイオード、Ｌ リアクトル、Ｔ１１〜Ｔ１６，Ｔ３１，Ｔ３２ トランジスタ、Ｔ１１ｂ〜Ｔ１６ｂ，Ｔ３１ｂ，Ｔ３２ｂ 温度センサ、ＳＷ スイッチ。

Claims (1)

1. 互いに直列に接続された上アームスイッチング素子および下アームスイッチング素子を有する半導体装置と、
   前記半導体装置へ電力を供給する電源と、
   前記上アーム，下アームスイッチング素子を制御する制御装置と、
   を備える電力変換装置であって、
   前記制御装置は、前記上アーム，下アームスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子がハーフオン状態となり他方のスイッチング素子がオフするように上アーム，下アームスイッチング素子を制御している状態で前記一方のスイッチング素子の駆動電圧または駆動電流が所定条件を満たしたときに、前記上アーム，下アームスイッチング素子の両方がハーフオン状態となるように前記上アーム，下アームスイッチング素子を制御して前記半導体装置の熱抵抗を測定する、
   電力変換装置。

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